I neutrini ad alta energia sono particelle subatomiche altamente affascinanti prodotte quando particelle cariche molto velocemente entrano in collisione con altre particelle o fotoni. IceCube, un rinomato rivelatore di neutrini situato al Polo Sud, rileva neutrini extragalattici ad alta energia da quasi un decennio.

Sebbene molti fisici abbiano esaminato le osservazioni raccolte dal rivelatore IceCube, l'origine della maggior parte dei neutrini ad alta energia rilevati non è stata ancora determinata. Questi neutrini sono stati rilevati oltre la nostra galassia e potrebbero derivare da vari eventi cosmologici.

I ricercatori della Deutsches Elektronen Synchrotron DESY, della Humboldt-Universität zu Berlin e di altri istituti accademici in Europa e negli Stati Uniti hanno recentemente condotto uno studio incentrato su uno specifico evento cosmologico violento, denominato AT2019fdr. Il loro articolo, pubblicato in Physical Review Letters , mostra che questo evento potrebbe essere l'origine di un neutrino ad alta energia.

"Il nostro team ha condotto uno studio sistematico per 3 anni, durante il quale abbiamo utilizzato il telescopio ottico di rilevamento della Zwicky Transient Facility (ZTF) per scansionare la regione del cielo di ogni nuovo neutrino ad alta energia che possiamo osservare", Simeon Reusch, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Il nostro recente articolo esamina una possibile fonte di uno di questi neutrini, un'enorme esplosione ottica in una galassia molto lontana, che è stata chiamata AT2019fdr."

AT2019fdr, lo sfogo ottico esaminato da Reusch e dai suoi colleghi, è un evento transitorio, il che significa che cambia nel tempo. I ricercatori hanno studiato questo evento in modo approfondito, cercando di determinarne la possibile fonte.

Sulla base delle loro analisi, hanno concluso che AT2019fdr era molto probabilmente un evento di interruzione delle maree (TDE). I TDE si verificano quando una stella si avvicina al buco nero supermassiccio al centro di una galassia ed è abbastanza vicina da esserne influenzata.

"Quando la stella si avvicina al buco nero, l'attrazione gravitazionale davanti alla stella è molto più forte che dietro, facendo a pezzi la stella", ha spiegato Reusch. "Circa metà della massa della stella viene poi accumulata attorno al buco nero, facendo brillare i detriti per mesi."

Reusch e i suoi colleghi hanno anche cercato di determinare se AT2019fdr potesse essere la possibile origine del neutrino ad alta energia che hanno osservato. Per fare ciò, hanno collaborato con fisici teorici in grado di modellare la fonte e fare previsioni teoriche basate sui loro modelli.

"Abbiamo cercato di raccogliere quanti più dati elettromagnetici possibile su AT2019fdr, coprendo un'ampia gamma di lunghezze d'onda", ha affermato Reusch. "Abbiamo osservato la posizione e raccolto dati preesistenti nelle lunghezze d'onda radio, infrarossi, ottiche, UV, raggi X e raggi gamma."

Nella loro analisi, i ricercatori hanno valutato sia l'evento AT2019fdr che altre possibili fonti per il neutrino ad alta energia che hanno osservato, tutte situate in una ragionevole vicinanza. È interessante notare che hanno escluso tutte le sorgenti tranne AT2019fdr, a causa della loro curva di luce (cioè il profilo di luminosità nel tempo) o per gli spettri ottici che hanno preso.

"La forte eco di polvere che abbiamo rilevato è nella gamma degli infrarossi, legando AT2019fdr a una sottoclasse di sorgenti di eco di polvere al centro delle galassie", ha affermato Reusch. "L'effettivo 'eco' viene prodotto quando l'intensa radiazione del TDE riscalda la polvere circostante, che poi inizia a brillare nella gamma degli infrarossi. Le enormi dimensioni del sistema provocano ritardi dovuti ai tempi di percorrenza della luce, motivo per cui il il picco dell'eco della polvere è ritardato rispetto al bagliore."

Reusch e i suoi colleghi hanno anche osservato un segnale a raggi X in ritardo con l'eROSITA a bordo del satellite SRG, con uno spettro estremamente morbido. Nel complesso, sia le loro misurazioni che le analisi teoriche indicano AT2019fdr come la fonte del neutrino ad alta energia che hanno osservato. Inoltre, i risultati del team suggeriscono che AT2019fdr è un TDE e non una supernova superluminosa, un bagliore "normale" proveniente dal centro della galassia o un altro tipo di evento cosmologico.

"I nostri risultati sono degni di nota, poiché un precedente documento del nostro gruppo aveva già identificato un TDE (AT2019fdr) come probabile fonte di un altro neutrino ad alta energia", ha aggiunto Reusch. "Se davvero questi TDE fossero entrambi sorgenti di neutrini, devono essere abbastanza efficienti nella produzione di neutrini ad alta energia. Studi multi-messaggero come quello presentato nel nostro articolo forniscono informazioni sugli acceleratori di particelle cosmiche come TDE o AGN che non sono possibili sulla base dei fotoni da solo."

Nei loro prossimi studi, i ricercatori condurranno più analisi per convalidare ulteriormente i loro risultati. Inoltre, hanno in programma di cercare altri TDE all'interno del grande set di dati di eventi cosmologici compilato finora da ZTF. + Esplora ulteriormente

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